Sistemas HVAC tanques de expansion

Funcionamiento del Tanque de Expansión en Sistemas HVAC

Un tanque de expansión es un componente esencial en los sistemas HVAC, así como en los hidroneumáticos, pero hoy solo hablaremos de los primeros. Su principal función es compensar las variaciones de volumen del agua o fluido en un sistema cerrado cuando se calienta y se enfría. Esto ayuda a mantener la presión dentro de límites seguros y evitar daños en las tuberías y otros componentes del sistema.

¿Por qué pasa esto? Seguro te han contado, metes una cerveza al congelador de lata o botella, y por estarla pasando tan bien, te olvidas de ella. Al día siguiente, te encuentras con un desastre, la bebida derramada por todos lados. “Shit happens” dijo Forest.

La mayoría de los fluidos se comportan de forma predecible: se expanden cuando sube la temperatura y se contraen cuando baja. Pero el agua, siendo tan especial como siempre, decide hacer las cosas diferente cuando se acerca a su punto de congelación (0 °C). En lugar de encogerse al enfriarse, se expande. Esto ocurre porque, al bajar la temperatura, los enlaces de hidrógeno se reorganizan y forman una estructura más abierta y espaciosa. Si quieres saber mas de esto, seguro existen muchos videos en youtube donde lo explican.

2. ¿Para qué sirve un tanque de expansión?
El tanque de expansión sirve para absorber el aumento de volumen del fluido cuando este se expande debido a incrementos de temperatura. De esta manera, se previene la sobrepresión en el sistema, lo que podría ocasionar fugas, fallas en válvulas de seguridad o incluso rupturas en las tuberías. Además, ayuda a evitar problemas como el “golpe de ariete” y mejora la estabilidad y el rendimiento general del sistema.

3. Principales tipos de tanques de expansión y descripción breve:

  • De acero con colchón de aire (plain): Estos tanques cuentan con un espacio de aire que permite la expansión del agua. A medida que el agua caliente se expande, desplaza el aire, lo que ayuda a mantener la presión. Sin embargo, son más propensos a volverse “inundados” cuando el aire se disuelve en el agua, lo que puede reducir su eficiencia. Se usan más en compañía de calderas, cuando la temperatura de operación excede los 240F.  
  • diafragma: Utilizan un diafragma flexible que separa el agua del aire. Esto asegura que el aire no se mezcle con el agua, manteniendo la presión de forma más estable. Son comunes en sistemas de menor tamaño debido a su fácil instalación y menor necesidad de mantenimiento. Es importante revisar su volumen de aceptancia, para saber si estamos eligiendo el adecuado.
  • Con vejiga (Bladder): Similares a los de diafragma, estos tanques tienen una vejiga interna que separa el agua del aire. La principal diferencia es que la vejiga puede ser reemplazable, lo que facilita el mantenimiento. Son adecuados para sistemas más grandes y son conocidos por su durabilidad y eficiencia en la gestión de la presión. En estos, el volumen nominal es lo mismo que la aceptación.

4. ¿Dónde y/o cómo deben instalarse?
Los tanques de expansión deben instalarse en el punto de menor presión del sistema y mayor temperatura, de preferencia. Generalmente en el lado de succión de la bomba principal. Esto permite que absorba las variaciones de volumen de manera eficiente. También se recomienda colocarlos cerca de la válvula de llenado y del separador de aire para asegurar un rendimiento óptimo.

En sistemas de edificios altos, es crucial instalar el tanque de expansión en una ubicación que mantenga la presión positiva en todos los niveles para evitar la entrada de aire en el sistema. Ojo, debe revisarse la carga estática porque afecta la capacidad del tanque, y también para elegir la presión de operación, estos se construyen en 125, 150 y 300 psi.

5. ¿Cómo se seleccionan y qué parámetros se deben conocer?
La selección de un tanque de expansión adecuado requiere conocer varios parámetros del sistema, entre ellos:

  • Volumen del sistema: Se refiere a la cantidad total de fluido que hay dentro del sistema. Se debe considerar tuberías, equipos y accesorios.
  • Temperatura de operación: la máxima y la mínima. Si es agua helada, la mínima es a lo que sale del chiller y la máxima la de llenado del sistema según la ubicación geográfica (ciudad). Si agua caliente es inverso, la máxima es a lo que sale de la caldera o boiler, la mínima la de llenado.
  • Presión de llenado y presión de alivio: La presión de llenado es la presión mínima que se necesita para mantener el fluido en el sistema, mientras que la presión de alivio es la máxima antes de que se activen las válvulas de seguridad.
  • Altura del edificio o sistema: Para sistemas en edificios altos, la altura influye en la presión estática y, por ende, en la capacidad del tanque de expansión necesario para mantener la presión adecuada.
  • Tipo de tanque: Según las necesidades de mantenimiento y durabilidad, se puede optar por tanques con diafragma o con vejiga (bladder), teniendo en cuenta el costo inicial y el mantenimiento a largo plazo.

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Ing. Jose Armando Razo Quevedo

 

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